[发明专利]具有磁阻传感器的手术导航系统

说明书

技术领域

本公开总体上涉及手术导航系统(surgical navigation system)，尤其涉及利用磁阻传感器(magnetoresistance sensor)的手术导航系统。

背景技术

手术导航系统追踪手术器械、植入物(implant)或其它医疗装置关于患者解剖体(anatomy)的多维图像的精确位置和方位。此外，手术导航系统使用可视化工具为外科医生提供这些手术器械、植入物或其它医疗装置与患者解剖体的相互配准(co-registered)视图。

可在手术过程之前或在手术过程期间生成多维图像。例如，可利用任何合适的医学成像技术，例如X射线、计算机断层扫描(CT)、磁共振(MR)、正电子发射断层扫描(PET)、超声、或其它任何合适的成像技术，及其任意组合。在将多维图像与患者的位置和方位或者与解剖特征或感兴趣区域的位置和方位配准(register)之后，导航手术器械、植入物或其它医疗装置的图形表现(graphicalrepresentation)与多维图像的结合提供位置和方位信息，该信息使开业医生(medical practitioner)能够操纵手术器械、植入物或其他医疗装置到达想要的位置和方位。

当前的手术导航系统包括位置和方位传感器，或基于电磁(EM)、射频(RF)、光学(视线)和/或机械技术的传感子系统。

通常利用线圈或微线圈(microcoil)来实现EM传感器以生成并检测磁场。虽然成功地实现了基于线圈的EM传感器，但是当发射器线圈频率降低和/或接收器线圈体积减小时，基于线圈的EM传感器具有差的信噪比(SNR)。SNR降低转化为EM传感器的范围(从发射器到接收器的距离)缩小，这会产生临床意义的位置误差。

与基于线圈的EM传感器相关的另一个问题是，基于线圈的EM传感器易受附近导电物体中的涡流引起的磁场畸变的影响。使用基于线圈的EM传感器的追踪技术依赖稳定的磁场或已知的磁场图。因此，由磁场中金属物体产生的不可预测的干扰降低准确度或者甚至使得追踪技术没有用处。选择应用所允许的低磁场频率能够减少由涡流所产生的问题，然而由于基于线圈的EM传感器是基于感应(induction)的，所以也会降低基于线圈的EM传感器的灵敏度。

与基于线圈的EM传感器相关的其它问题是，通常基于线圈的EM传感器的制造更加困难且昂贵，并且其还对电缆、连接器以及电子设备的寄生电感和电容固有地敏感，这是因为传感器信号的比例较小但是寄生信号保持不变。虽然使用更多的昂贵部件以及制造工艺可以使某些寄生成分部分地无效，但是剩下的寄生电感和电容导致缩小的范围。

除了基于线圈的EM传感器之外，还有各种各样的具有不同价格和性能属性的磁传感器。霍耳效应传感器通常被用于检测低至大约10^-6特斯拉的场。这些传感器稳定、紧凑、相对便宜并且具有大的动态范围。各向异性磁阻(AMR)传感器能够检测低至大约10^-9特斯拉的场。虽然这些传感器紧凑并且相对便宜，但是其极易漂移(drift)且具有小的动态范围。因此，需要使用高电流脉冲来频繁地对AMR传感器进行重新初始化。磁通门磁力仪(Fluxgate magnetometer)能够检测低至大约10^-11特斯拉的场。然而这些传感器昂贵、体积大并且具有相对小的动态范围。SQUID磁力仪能够检测低至大约10^-15特斯拉的场。因为其需要冷冻剂或大功率闭式循环冷却系统，所以因为巨大的操作成本也很昂贵。

因此，需要一种手术导航系统，其包括具有小波形因数、良好的信噪比、良好的低频操作、对寄生电感和电容较低的灵敏度、对畸变较低的灵敏度的磁阻传感器，并且制造成本极低。

发明内容

根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个磁阻参考传感器，其固定附着到患者的解剖参照物；至少一个磁阻传感器，其附着到至少一个装置；以及至少一个处理器，用于确定该至少一个装置的位置和方位。

根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个磁阻参考传感器，其固定附着到患者的解剖参照物；至少一个电磁线圈传感器，其附着到至少一个装置；以及至少一个处理器，用于确定该至少一个装置的位置和方位。

根据本公开的一方面，手术导航系统包括至少一个电磁线圈传感器，其固定附着到患者的解剖参照物；至少一个磁阻传感器，其附着到至少一个装置；以及至少一个处理器，用于确定该至少一个装置的位置和方位。